教案（第6次课2学时）一、授课题目第3章交换机技术与应用3.1交换机概述3.2交换机的互联技术3.3交换机的vlan技术二、教学目的和要求1.了解交换机的基本配置2.了解交换机级联、堆叠技术2.掌握交换机划分VLAN的工作原理三、教学重点1.交换机级联、堆叠技术、vlan技术2.交换机的端口配置四、教学难点交换机互联技术中的堆叠技术五、教学方法及形式课堂讲授多媒体教学+板书六、专用网术语SFP（Smal1FormPluggable）千兆SFP光纤端口STP（Spanning-treeProtocol）生成树协议SvI（SwitchVirtualInterface）交换虚拟接口七、主要参考资料《计算机网络工程实用教程》第3版主编：石炎生电子工业出版社《网络工程设计与系统集成》第2版主编：杨威人民邮电出版社《计算机网络教程》第2版主编：谢希仁人民邮电出版社八、作业九、课后记1
1 教 案 （第 6 次课 2 学时） 一、授课题目 第 3 章 交换机技术与应用 3.1 交换机概述 3.2 交换机的互联技 术 3.3 交换机的 vlan 技 术 二、教学目的和要求 1．了解交换机的基本配置 2．了解交换机级联、堆叠技术 2．掌握交换机划分 VLAN 的工作原理 三、教学重点 1．交换机级联、堆叠技术、vlan 技术 2．交换机的端口配置 四、教学难点 交换机互联技术中的堆叠技术 五、教学方法及形式 课堂讲授 多媒体教学 + 板书 六、专用网术语 SFP (Small Form Pluggable ) 千兆 SFP 光纤端口 STP (Spanning-tree Protocol) 生成树协议 SVI (Switch Virtual Interface) 交换虚拟接口 七、主要参考资料 《计算机网络工程实用教程》第 3 版 主编：石炎生 电子工业出版社 《网络工程设计与系统集成》第 2 版 主编：杨威 人民邮电出版社 《计算机网络教程》第 2 版 主编：谢希仁 人民邮电出版社 八、作 业 九、课后记
教学过程3.1交换机概述一、交换机的定义1.交换机（Switch），是一种基于MAC地址识别、能够完成数据顿封装与转发功能的网络设备，工作在OSI模型中的第二层。交换机用于连接工作站、服务器和其他网络终端设备。其主要作用是将各种网络终端设备接入网络，快速高效、准确无误地转发数据顿。2.交换机在网络拓扑结构中用图标表示为：核心交换机汇聚交换机接入交换机二、交换机的分类1、按网络覆盖范围划分广域网交换机和局域网交换机。2、按传输介质和传输速度划分以太网交换机、快速以太网交换机、千兆（1G比特）以太网交换机、万兆（10G比特）以太网交换机和ATM交换机等。3、按交换机工作的协议层次划分分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机和第七层交换机。2
2 教学过程 3.1 交换机概述 一、 交换机的定义 1. 交换机(Switch)，是一种基于 MAC 地址识别、能够完成数据帧封装与转发功能的 网络设备，工作在 OSI 模型中的第二层。 交换机用于连接工作站、服务器和其他网络终端设备。 其主要作用是将各种网络终端设备接入网络，快速高效、准确无误地转发数据帧。 2. 交换机在网络拓扑结构中用图标表示为： 二、交换机的分类 1、按网络覆盖范围划分 广域网交换机和局域网交换机。 2、按传输介质和传输速度划分 以太网交换机、快速以太网交换机、千兆（1G 比特）以太网交换机、万兆(10G 比 特)以太网交换机和 ATM 交换机等。 3、按交换机工作的协议层次划分 分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机和第七层交换机
4.按交换机的结构划分固定端口交换机、模块化交换机。5按网络互连层次划分核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机。6.按外观进行划分机箱式、机架式、桌面型。三、交换机的工作原理1．交换机的工作是执行两个基本操作：交换数据顿一一将从某一端口收到的数据顿转发到该顿的目的地端口；维护交换操作一一在交换机内部构造和维护动态MAC地址表。交换：是指将数据顿（报文）从接入端口转发到目的端口的过程。2.交换机的交换方式（1）直通方式（CutThrough）在输入端口检测到一个数据顿时，就立刻按数据顿的目的MAC地址，从MAC地址表中查找相应的输出端口，并在输入与输出交叉处接通，把数据顿直接送到相应的端口。优点：延迟非常小、交换非常快。缺点：无法检查所传送的数据帧是否有误，不能提供错误检测能力。不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢帧。（2）存储转发（Store&forward）交换机将收到的一个完整的数据顿先放入缓存，然后进行CRC（循环余码校验）检查，在对错误顿处理后才取出数据顿的目的MAC地址，通过MAC地址表转换成输出端口送出顿。优点：所有的正常帧都可以通过，而残顿和超常顿都被交换机隔离。可以对进入交换机的数据顺进行错误检测，有效地改善网络性能它支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。缺点：存储转发方式在数据处理时延时大。3
3 4．按交换机的结构划分 固定端口交换机、模块化交换机。 5．按网络互连层次划分 核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机。 6. 按外观进行划分 机箱式、机架式、桌面型。 三、交换机的工作原理 1. 交换机的工作是执行两个基本操作： 交换数据帧——将从某一端口收到的数据帧转发到该帧的目的地端口； 维护交换操作——在交换机内部构造和维护动态 MAC 地址表。 交换：是指将数据帧（报文）从接入端口转发到目的端口的过程。 2. 交换机的交换方式 （1）直通方式(Cut Through) 在输入端口检测到一个数据帧时，就立刻按数据帧的目的 MAC 地址，从 MAC 地 址表中查找相应的输出端口，并在输入与输出交叉处接通，把数据帧直接送到相应 的端口。 优点：延迟非常小、交换非常快。 缺点：无法检查所传送的数据帧是否有误，不能提供错误检测能力。 不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢帧。 （2）存储转发 (Store & forward) 交换机将收到的一个完整的数据帧先放入缓存，然后进行 CRC（循环冗余码校验） 检查，在对错误帧处理后才取出数据帧的目的 MAC 地址，通过 MAC 地址表转换成输出 端口送出帧。 优点：所有的正常帧都可以通过，而残帧和超常帧都被交换机隔离。 可以对进入交换机的数据帧进行错误检测，有效地改善网络性能。 它支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。 缺点：存储转发方式在数据处理时延时大
（3）碎片隔离（Fragmentfree）碎片隔离是一种介于前两者之间的解决方案。它检查数据顿的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假顿，则丢弃该顿：如果大于64字节，则发送该顿。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。采用这种方式，所有的正常顿和超常帧都可以通过，而残顿将被隔离。3.交换机的接口类型（1）交换机的二层接口分为：SwitchPort（交换接口）L2AggregatePort（二层聚合接口）SwitchPort分为AccessPort和TrunkPort。AccessPort：一般用于连接用户计算机。每个AccessPort只能属于一个VLAN：TrunkPort传输属于多个VLAN的顿；缺省情况下TrunkPort将传输所有VLAN的帧（2）三层接口（L3interface）SVI：是一个VLAN的接口，用来实现VLAN三层交换的逻辑接口。每个SVI只能和一个VLAN关联。只要给该VLAN配置一个IP地址，它就成为了一个SVI。实际应用中，SVI可以作为本交换机的管理接口，用于对该交换机进行管理。也可以作为一个VLAN的路由接口（网关接口），用于三层交换机中跨VLAN之间的通信。RoutedPort是由三层交换机的单个物理端口构成的路由（网关）接口。Routed Port与SVI的区别是：SVI是虚拟的接口，用于VLAN间的路由，实现不同VLAN之间的通信。RoutedPort是物理接口，用于点对点的链路路由，实现两个主干三层交换机连接。L3AP不具备二层交换的功能，L3AP和L2AP的区别在于L3AP具有IP地址：可作为三层交换的网关接口连接一个子网。4
4 (3) 碎片隔离(Fragment free) 碎片隔离是一种介于前两者之间的解决方案。 它检查数据帧的长度是否够 64 个字节，如果小于 64 字节，说明是假帧，则丢弃 该帧；如果大于 64 字节，则发送该帧。 这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。 采用这种方式，所有的正常帧和超常帧都可以通过，而残帧将被隔离。 3. 交换机的接口类型 (1) 交换机的二层接口分为： Switch Port（交换接口） L2 Aggregate Port （二层聚合接口） Switch Port 分为 Access Port 和 Trunk Port。 Access Port：一般用于连接用户计算机。 每个 Access Port 只能属于一个 VLAN； Trunk Port 传输属于多个 VLAN 的帧； 缺省情况下 Trunk Port 将传输所有 VLAN 的帧 （2）三层接口(L3 interface) SVI：是一个 VLAN 的接口，用来实现 VLAN 三层交换的逻辑接口。每个 SVI 只能 和一个 VLAN 关联。 只要给该 VLAN 配置一个 IP 地址，它就成为了一个 SVI。 实际应用中，SVI 可以作为本交换机的管理接口，用于对该交换机进行管理。也可 以作为一个 VLAN 的路由接口（网关接口），用于三层交换机中跨 VLAN 之间的通信。 Routed Port 是由三层交换机的单个物理端口构成的路由（网关）接口。 Routed Port 与 SVI 的区别是： SVI 是虚拟的接口，用于 VLAN 间的路由，实现不同 VLAN 之间的通信。 Routed Port 是物理接口，用于点对点的链路路由，实现两个主干三层交换机连接。 L3 AP 不具备二层交换的功能，L3 AP 和 L2 AP 的区别在于 L3 AP 具有 IP 地址， 可作为三层交换的网关接口连接一个子网
3.3交换机的互连技术一、交换机的级联多台交换机的互连有两种方法：级联（Uplink）与堆叠（(Stack）交换机级联：是通过交换机上RJ45电口或光纤接口将两台或多台交换机连接起来。交换机堆叠：是利用交换机堆叠模块，通过堆叠线将两台或多台交换机连接起来。1、通过两个RJ45接口级联采用交叉或直通双绞线，两端分别接入两交换机的某RJ45口即可。2、通过光纤端口级联光纤端口没有堆叠的能力，只能被用于级联，需要与光纤配套的光纤模块。交换机级联的优缺点(1）级联的优点：级联式结构化网络有利于综合布线，交换机可以不受地位置的限制，它是目前主流的连接技术之一。易理解，易安装，可以方便的实现大量端口的接入。通过统一的网管平台，可以实现对全网络设备的统一管理。(2）级联的缺点：交换机不能无限制级联，级联层数超过一定数量时，层次之间存在较大的收敛比时，导致网络性能严重下降，还可能会引起广播风暴。二、交换机的堆叠1、堆叠模接口类型与堆叠线缆用一条堆叠线，从一台交换机的DOWN（OUT）堆叠端口连接到另一台交换机的UP（IN）堆叠端口。2、堆叠连接方式交换机堆叠的优点（1）通过堆叠，可以扩展端口密度，因为堆叠的端口数是由堆叠所有成员设备的端口相加得到，所有的端口可以当作一个设备的端口。（2）方便用户的管理操作。通过堆叠，用户可以将一组交换机作为一个逻辑对象，5
5 3.3 交换机的互连技术 一、交换机的级联 多台交换机的互连有两种方法：级联(Uplink)与堆叠(Stack) 交换机级联：是通过交换机上 RJ45 电口或光纤接口将两台或多台交换机连接起来。 交换机堆叠：是利用交换机堆叠模块，通过堆叠线将两台或多台交换机连接起来。 1、通过两个 RJ45 接口级联 采用交叉或直通双绞线，两端分别接入两交换机的某 RJ45 口即可。 2、通过光纤端口级联 光纤端口没有堆叠的能力，只能被用于级联，需要与光纤配套的光纤模块。 交换机级联的优缺点 (1 )级联的优点： 级联式结构化网络有利于综合布线，交换机可以不受地位置的限制，它是目前主 流的连接技术之一。 易理解，易安装，可以方便的实现大量端口的接入。 通过统一的网管平台，可以实现对全网络设备的统一管理。 (2) 级联的缺点： 交换机不能无限制级联，级联层数超过一定数量时，层次之间存在较大的收敛比 时，导致网络性能严重下降，还可能会引起广播风暴。 二、交换机的堆叠 1、堆叠模接口类型与堆叠线缆 用一条堆叠线，从一台交换机的 DOWN（OUT）堆叠端口连接到另一台交换机的 UP （IN）堆叠端口。 2、堆叠连接方式 交换机堆叠的优点 （1）通过堆叠，可以扩展端口密度，因为堆叠的端口数是由堆叠所有成员设备的 端口相加得到，所有的端口可以当作一个设备的端口。 （2）方便用户的管理操作。通过堆叠，用户可以将一组交换机作为一个逻辑对象